具有轻质构件的机动车车身的制作方法
【专利摘要】一种机动车车身包括由复合材料制成的轻质构件(2)和金属结构(1、3)，所述轻质构件(2)固定在所述金属结构(1、3)上。所述金属结构(1、3)具有第一凹槽(4)，所述轻质构件(2)的第一边条(5)嵌入在所述第一凹槽(4)中。在第一边条(5)的两个相背的表面(12)和第一凹槽(4)的分别与所述两个相背表面(12)相对置的侧壁(8、9)之间形成胶粘剂层(11)。
【专利说明】具有轻质构件的机动车车身
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机动车车身，其具有至少一个由复合材料制成的轻质构件。
【背景技术】
[0002]通过由复合材料、尤其纤维强化塑料制成的构件替代在机动车车身内的传统上由金属制成的构件，极大地降低了重量，并且可以因此降低交通运输工具的燃料消耗。由此人们付出巨大努力，使复合材料可以应用在车身制造中。在此，还存在的难点是，在复合材料制成的构件和金属制构件之间建立足够强度和负荷能力的连接。
[0003]由DE 10 2008 032 344 Al已知一种用于机动车车身的车柱，该车柱具有内侧壳体、外侧壳体和在内侧壳体和外侧壳体之间包围的由碳纤维强化塑料制成的加强箱。内侧壳体和外侧壳体相互焊接，并且加强箱通过胶粘剂和/或铆接与接合在壳体之间的连接配件相连接。
[0004]铆钉连接或螺栓连接需要轻质构件的孔洞，使得纤维延伸被中断并且由此在连接位置弱化了轻质构件的结构。如果代之使用粘接方式，虽然可以避免轻质构件的结构弱化，但是金属构件和轻质构件的相对置表面的平面粘接通常只能达到较低的负荷能力，因为在粘接处会出现金属的和复合材料的材料位移的不同的可变形性，这导致材料疲劳并最终出现断裂。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种机动车车身，其中由复合材料制成的轻质构件和金属结构以简单的、合理制造的且可持续承受负荷的方式相互连接。
[0006]所述技术问题通过一种机动车车身得以解决，其具有由复合材料制成的轻质构件和金属结构，所述轻质构件固定在所述金属结构上，所述金属结构具有第一凹槽，所述轻质构件的第一边条嵌入在所述第一凹槽中，并且在第一边条的两个相互背离的表面和与所述表面相对置的第一凹槽的侧壁之间形成胶粘剂层。通过将轻质构件的边条从两边被金属结构包围并且粘接在金属结构上的方法，轻质构件的变形特性在动态负荷的情况下与金属结构的变形特性相适应，从而阻止了可能引起断裂的胶粘剂层承受应力。
[0007]所述金属结构优选包括两个相互连接的型材元件，其中每个型材元件分别构成所述第一凹槽的侧壁。
[0008]根据本发明的一个设计方案，所述型材元件能够具有分别具备第一和第二侧边的L型的横截面，其中，所述型材元件的第一侧边形成所述第一凹槽的侧壁，并且第二侧边紧靠地固定。轻质构件与型材元件相接合的组件可以通过第二侧边，如传统的金属构件一样，与另外的金属结构元件相接合。
[0009]根据本发明的另一个设计方案，所述型材元件中的一个能够具有Z型的横截面，该横截面具有一个中间侧边和两个与所述中间侧边相邻接的外部侧边，其中，所述外部侧边中的一个形成所述第一凹槽的侧壁，并且另一个外部侧边被固定在另一个型材元件上。另一个型材元件在横截面中可以是直线形的。
[0010]所述轻质构件优选在与所述第一边条背离的边缘上具有第二边条，并且所述第二边条嵌入在所述金属结构的第二凹槽内。由此，金属结构和轻质构件可以相互互补地形成可承受较高负荷的具有封闭横截面的空腔结构。
[0011]通过轻质且廉价地制造出的一体式的、板状的轻质构件能够构成可承受较高负荷的结构，并且省去了以传统方式制造复合材料构成的空腔体的较高耗费。
[0012]为了能够与金属结构共同构成空腔，轻质构件优选在与两个嵌入在金属结构的凹槽内的边条相交叉的平面内具有帽形或U形的横截面，使得边条可以分别通过帽形截面的帽檐段或U形截面的侧边的自由端部构成。
[0013]所述金属结构能够有针对性地包括基板，在所述基板上至少附着所述第一和第二凹槽的侧壁中的一个。相应另一个侧壁也可以附着在基板上，或者是与基板一体的组件。
[0014]所述附着的侧壁优选相应地形成型材元件的第一侧边，所述型材元件相应地具有固定在基板上的第二侧边。当这种型材元件的第二侧边在向着所述基板开口的轻质构件的空腔前延伸时，能够获得由轻质构件和金属结构组成的结构的特别紧凑稳固的横截面，这种结构尤其适用于机动车车身的车柱。
[0015]所述基板和固定于基板上的所述轻质构件两侧的装饰板可以包围着轻质构件，使得无法从外面看到所述轻质构件。
[0016]两个直线型的纵向延伸的、构成所述金属结构的第一和第二凹槽的型材能够与包围所述轻质构件的框架相连接，并且由此与轻质构件共同构成一个整体的供使用的组件，该组件能够像一般纯粹的金属部件一样，以类似的方式被组装在机动车车身的另一个金属部件上。
[0017]所述框架有针对性地包括与所述轻质构件的横截面相对应的弯曲的型材，该型材与所述直线纵向延伸的型材相连接，并且由此所述框架在轻质构件的整个外围包围住轻质构件。
[0018]根据本发明的第二优选实施方式，所述金属结构包括乘客舱或货仓的底板，并且所述轻质构件构成与所述底板交叉的横梁。
[0019]根据第三实施方式，所述轻质构件被成型加工为容器，该容器填塞所述金属结构的开口、例如底板的开口，由此在底板下部提供了附加的存储空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]根据如下附图对实施例的说明，获得本发明的其它特征和优点。由说明和附图还可知未在权利要求中提及的实施例的特征。这些特征也能够以与此处特定公开的组合不同的方式出现。在相同的语句中或者以另一种上下文的方式相互涉及了本发明的多个特征，但是这种情况并不证明，这些特征只能以特定公开的组合出现；取而代之的是，只要不影响本发明的功能性，也可以从多个这种特征中去除或更换单个特征。在附图中:
[0021]在附图中:
[0022]图1示出按照本发明的第一设计方案的机动车车身的B柱的部件；
[0023]图2示出接合使用图1所示部件的B柱的第一剖面图；
[0024]图3示出B柱的第二剖面图；[0025]图4示出不同于第一设计方案的与图2类似的剖面图；
[0026]图5示出按照本发明的第二设计方案的轻质构件和包围所述轻质构件的部件的分解视图；
[0027]图6示出在机动车车身的底板下安装的图5所示轻质构件的剖面图；
[0028]图7示出底板和轻质构件的纵剖面图；
[0029]图8示出按照本发明的第三设计方案的轻质构件和底板；和
[0030]图9示出剖切图8所示的轻质构件和底板之间的连接部分所得的剖面图。
【具体实施方式】
[0031]图1示出由平面的板坯成型的内部封闭件I的立体图，该封闭件I在已接合的机动车车身中构成面向乘客舱的B柱的壁板。与内部封闭件I相对置的是由经玻璃纤维、碳纤维或尼龙纤维强化的塑料制成的轻质构件2。所述轻质构件2在其三维结构上是板状的，与内部封闭件I的三维结构一样，可以通过对平面材料制成的板的变形加工获得，并且留有空腔。但是并不一定要求通过对平面材料的变形过程而获得轻质构件2。所述轻质构件2也可以由此获得，即将型材与经人造树脂浸溃的纤维材料制成的垫子相重叠，之后将垫子压合在该型材和补充型材之间并进行加热，从而立即获得所希望的三维形状的轻质构件2。
[0032]在内部封闭件I上焊接或者以另外恰当的方式在此固定的型材3，在内部封闭件I的不同位置上构成指向轻质构件2开口的凹槽4，如图2所示，凹槽4内容纳着轻质构件2的边条5。型材3由两个L形弯曲的板条状的型材元件6、7接合而成。型材元件6、7的一个侧边相应地形成凹槽4的侧壁8、9，另外两个侧边10相互且与内部封闭件I点焊在一起。凝固的胶粘剂层11填充在侧壁8、9之间的凹槽4内以及与侧壁8、9相对置的边条5的表面12。
[0033]贴靠在封闭件I上的型材元件6、7的侧边10分别在朝向内部封闭件I开口的轻质构件2的空腔13前延伸。由此，从轻质构件2的侧面伸出的内部封闭件I的边缘14可用于在其上固定弧形延伸的包围轻质构件2的(在图1中未示出、在图2和3中示出的)外部侧壁15。
[0034]当轻质构件2在其高度的不同位置上固定地被保持在型材3的凹槽4内时，该轻质构件2与内部封闭件I共同构成可承受较高负荷的空心结构，这种结构在较低的截面尺寸和相应较低的重量下实现了使B柱具备所需的负载能力。
[0035]在图3的剖面图中未示出型材3，并且轻质构件2与内部封闭件I未接触。取而代之的是，轻质构件2在此通过外侧涂覆的胶粘剂16与外部侧壁15相连接。
[0036]图4以与图2相似的剖面图示出B柱的变型方案。内部封闭件I在此具有平面类似帽形的具有两个侧壁17的截面，侧壁17分别与具有侧向突出的边缘14的中间部段18相连接，并且垂直于该边缘14延伸。侧壁17分别构成凹槽4的侧壁，凹槽4的另一个侧壁8由已在图2中示出类型的弯曲的型材元件6的构成。
[0037]图5示出按照本发明的第二设计方案的由纤维强化塑料制成的轻质构件19的分解视图。轻质构件19具有帽形的截面，其附带由底部壁板20和两个侧壁21限定边界的空腔13和从侧壁21的上部边缘向外突出的边条22。设置有两个直线形的纵向延伸的型材23，用于从侧面方向插接在边条22上。从图6可以看到，型材23分别包含有平面板条形状的型材元件24和在截面图中被折弯的型材元件25，该型材元件25分别形成容纳边条22的凹槽26的两个侧壁中的一个。平面的型材元件24比被弯折的型材元件25更长，并且从两个端部上超过该端部突出。
[0038]另外两个型材27相应形成凹槽28，该凹槽28多次弯折地延伸，以便容纳轻质构件19的端侧边缘。和直线形的型材23 —样，弯折的型材27也由两个相互焊接的由板材制成的型材元件29、30接合而成，该型材元件29、30分别构成凹槽28的侧壁。在此，在截面图中平面的上部板条29短于下部的弯折板条30，使得弯折板条30的端部31如图5所示自由放置。当板条24的突出的端部被焊接在端部31上时，获得沿轻质构件19的整个边缘包围轻质构件19的框架32。通过框架32能够如传统的金属构件一样在使用通常的安装技术(如焊接、，铆接等)的情况下安装轻质构件19。
[0039]图6在剖面图中示出轻质构件19，其被安装在机动车车身的乘客舱或货仓的底板
33的下方。边条22被隙缝包含地嵌入在由型材23构成的凹槽26中，并且在两个边条22的表面和相对置的凹槽26的侧壁之间的空隙中填充有凝固的胶粘剂11。
[0040]图7示出轻质构件19的端部的纵剖面图。型材27在此固定在横梁延长段34上，该横梁延长段34和轻质构件一样具有底部壁板和侧壁，在图7中只示出底部壁板。延长段34的底部壁板和侧壁与轻质构件19相应的壁板20、21对置地、略微错位地从延长段延伸至未示出的车身纵梁。由此，延长段34的壁板可以是一体式的，或者通过焊接、螺栓紧固等固定连接。
[0041]图8示出本发明的第三实施例的分解立体图，并且图9示出细节剖面图。在此，由纤维强化塑料制成的轻质构件35被成型为基本上矩形的、上部开口的箱体，该箱体的侧壁36在其上边缘具有向外突出的、环绕的凸缘37。在凸缘37上粘接着多个型材38。如图9所示，型材38如第二设计方案中的型材23、27 —样分布由板材制成的平面的和弯折的型材元件39、40组成，这些型材元件39、40相应构成容纳凸缘37和包围的胶粘剂层11的凹槽41的侧壁。在货仓底板42 (其与图5、6中的底板33可以是一样的)中切出一个开口 43,所述开口 43的边缘长度等于轻质构件35的侧壁36的长度。围绕开口 43分布着底板42的钻孔44，并且该钻孔与装配焊接螺母45的型材38的钻孔对应地安置，借此使得导入的轻质构件35的螺栓46在开口 43的下面被固定，并且在此在凸缘37的上侧和底板42之间挤压着密封型材47。
[0042]附图标记列表
[0043]1内部封闭件
2轻质构件
3型材
4凹槽
5边条
6型材元件
7型材元件
8侧璧
9侧璧
10侧边
11I交粘剂层
12表面
13空腔
14边缘
15外部侧壁
16股粘剂
17侧壁
[0044]18中间部段
19轻质构件
20底部壁板
21侧壁
22边条
23型材
24型材元件
25型材元件
26凹槽
27型材28m槽
29板条
30板条
31端部
32框架
33底板
34延长段
35轻质构件
36側壁
37凸缘
38型材
39型材元件
40型材元件
41凹槽
42底板
43开口
44.?占L
45焊接螺母
46螺栓
47密封型材
【权利要求】
1.一种机动车车身，具有由复合材料制成的轻质构件(2 ;19 ；35)和金属结构(1、3 ；33,23 ;42、38)，所述轻质构件(2 ；19 ；35)固定在所述金属结构(1、3 ;33、23 ;42、38)上，其特征在于，所述金属结构(1、3 ;33、23 ;42、38)具有第一凹槽(4 ;26、28 ;41)，所述轻质构件(2 ；19 ；35)的第一边条(5 ；22 ；37)嵌入在所述第一凹槽(4 ;26、28 ；41)中，并且在第一边条(5 ；22 ；37)的两个相背的表面(12)和第一凹槽(4 ;26、28 ；41)的分别与所述相背的表面(12)相对置的侧壁(8、9)之间形成胶粘剂层(11)。
2.如权利要求1所述的机动车车身，其特征在于，所述金属结构(1、3;33、23;42、38)包括两个相互连接的构件(1、6 ;6、7 ;24、25 ;29、30 ;39、40)、尤其两个型材元件(6、7 ;24、25 ;29、30 ;39、40)，其中每个型材元件(6、7 ;24、25 ;29、30 ;39、40)分别构成所述第一凹槽(4 ;26、28 ；41)的一个侧壁。
3.如权利要求2所述的机动车车身，其特征在于，所述两个型材元件(6、7)均具有分别具备第一和第二侧边的L型的横截面，其中，所述两个型材元件的第一侧边形成所述第一凹槽(4)的侧壁(8、9)，并且所述两个型材元件的第二侧边(10)被相互紧靠地固定。
4.如权利要求2所述的机动车车身，其特征在于，所述两个型材元件(25；30 ；40)中的一个具有Z型的横截面，该横截面具有一个中间侧边和两个与所述中间侧边相接的外部侧边，其中，所述外部侧边中的一个形成所述第一凹槽(26 ;28 ;41)的侧壁，并且另一个外部侧边被固定在另一个型材元件(24 ；29 ；39)上。
5.如前述权利要求之一所述的机动车车身，其特征在于，所述轻质构件(2;19)在与所述第一边条(5 ；22)背离的边缘上具有第二边条(5 ;22)，并且所述第二边条(5 ；22)嵌入在所述金属结构的第二凹槽(4;26)内。
6.如前述权利要求之一所述的机动车车身，其特征在于，所述轻质构件(2;19 ；35)被设计为一体式的板状。·
7.如权利要求5或6所述的机动车车身，其特征在于，所述轻质构件(2;19)在与两个边条(5 ；22)相交叉的平面内具有帽形或U形的横截面。
8.如权利要求5或7所述的机动车车身，其特征在于，所述金属结构包括基板(1)，在所述基板(I)上分别附着所述第一和第二凹槽(4)的至少一个侧壁(8、9)。
9.如权利要求8所述的机动车车身，其特征在于，所述附着的侧壁(8、9)是所述型材元件(6、7)的侧边，所述型材元件出、7)的侧边分别具有固定在所述基板(I)上的、且在所述轻质构件(2)的朝向所述基板(I)开口的空腔(13)前延伸的第二侧边(10)。
10.如权利要求8或9所述的机动车车身，其特征在于，所述基板(I)和在所述轻质构件(2)的两侧固定于所述基板(I)上的装饰板(15)包围着所述轻质构件(2)。
11.如前述权利要求之一所述的机动车车身，其特征在于，所述机动车车身具有至少一个车柱，所述轻质构件(2)在所述车柱中构成加固结构。
12.如权利要求6所述的机动车车身，其特征在于，两个直线纵向延伸的、构成所述金属结构的第一和第二凹槽(26)的型材(23)用于组成包围所述轻质构件(19)的边缘的框架(32)。
13.如权利要求12所述的机动车车身，其特征在于，所述框架(32)还包括与所述轻质构件(19)的横截面相对应的弯曲的型材(27)，该型材(27)与所述直线纵向延伸的型材(23)相连接。
14.如权利要求1至7、12或13之一所述的机动车车身，其特征在于，所述金属结构包括乘客舱或货仓的底板(33)，并且所述轻质构件(19)是与所述底板(33)交叉的横梁。
15.如权利要求1至7之一所述的机动车车身，其特征在于，所述轻质构件(35)被成型加工为容器，该 容器填塞所述金属结构的开口(43)。
【文档编号】B62D25/04GK103847799SQ201310613293
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2012年11月28日
【发明者】U.米尔德纳, L.特斯克 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司